蘇月峰，張秀花，弋景剛，王澤河，楊淑華

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，河北 保定 071001）

中國(guó)蝦產(chǎn)量位居世界前列［1］，2019 年中國(guó)對(duì)蝦養(yǎng)殖量約為181.5 萬(wàn)t，捕撈量約為21.5 萬(wàn)t［2］。其中出口蝦產(chǎn)品中蝦仁超過(guò)50 %［3］，但新鮮對(duì)蝦剝殼困難，一般需要預(yù)處理手段破壞殼肉間的連接蛋白，否則易導(dǎo)致蝦肉撕裂破損，蝦仁感觀質(zhì)量下降，蝦殼碎裂，后續(xù)清雜分選工作量大等。因此對(duì)蝦剝殼預(yù)處理工藝成為制約機(jī)械化剝殼的瓶頸［4］。

預(yù)處理技術(shù)不僅能提高對(duì)蝦剝殼效率，也能降低蝦仁損失，提高蝦仁品質(zhì)。近些年來(lái)國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域做了大量研究，如高壓、生物酶、超聲波及微波［5-7］等。這些新興技術(shù)都對(duì)剝殼有促進(jìn)作用，但仍處于研究階段未獲得規(guī)模性生產(chǎn)應(yīng)用。目前常用的技術(shù)為冷凍處理［8］和鹽鹵處理［9］，其技術(shù)成熟，但有文獻(xiàn)［10］證明處理后存在著降低貨架期、處理周期長(zhǎng)、影響顏色和咀嚼性等問(wèn)題。

機(jī)械式揉搓預(yù)處理是1 種通過(guò)外力削弱殼肉之間的連接，具有綠色、高效、無(wú)污染的特點(diǎn)，符合現(xiàn)代化食品加工理念，近年來(lái)獲得了業(yè)內(nèi)關(guān)注［11-16］。有張進(jìn)疆等設(shè)計(jì)的1 種輥軸式蝦剝殼機(jī)［11］，蘇月峰等設(shè)計(jì)的1 種揉搓裝置［12］，包玲義等設(shè)計(jì)的滾軸式自動(dòng)剝蝦機(jī)［13］，美國(guó)Fernand 設(shè)計(jì)的對(duì)蝦壓緊剝殼裝置［14］等，都是在剝殼機(jī)的剝殼通道內(nèi)增設(shè)揉搓機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦殼肉分離。丁義虎等［15］設(shè)計(jì)的全自動(dòng)蝦剝殼機(jī)，采用多個(gè)剝殼單元的上踩件上下往復(fù)踩壓揉搓，上往復(fù)輥的不斷往復(fù)翻轉(zhuǎn)，形成的撞擊和揉搓運(yùn)動(dòng)來(lái)促使對(duì)蝦的殼肉分離，該機(jī)構(gòu)也是安裝在輥軸式剝殼機(jī)上的輔助機(jī)構(gòu)。蘇月峰等設(shè)計(jì)的揉搓脫殼裝置［16］，采用上下兩弧形磨盤(pán)搓碾的揉搓方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦的殼肉松脫，該機(jī)構(gòu)為獨(dú)立式揉搓裝置。

傳統(tǒng)冷凍、鹽鹵都能夠不同程度地破壞對(duì)蝦殼肉連接的蛋白物質(zhì)，也不同程度地改變了蝦肉品質(zhì)。機(jī)械揉搓的微幅多次作用可以弱化殼肉連接，且高效綠色，是對(duì)蝦剝殼預(yù)處理的發(fā)展趨勢(shì)。本研究設(shè)計(jì)了對(duì)蝦剝殼前帶式揉搓預(yù)處理裝置，通過(guò)運(yùn)動(dòng)和受力分析確定關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)參數(shù)，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)蝦揉搓促剝性能，為對(duì)蝦剝殼預(yù)處理工藝提供技術(shù)支持。

1 總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

剝殼前帶式揉搓預(yù)處理裝置（下簡(jiǎn)稱(chēng)為“揉搓裝置”）如圖1-a 所示，主要由喂料機(jī)構(gòu)、揉搓機(jī)構(gòu)和機(jī)架組成，揉搓機(jī)構(gòu)由揉搓帶、滾筒、傳動(dòng)系統(tǒng)、出料斗組成。喂料機(jī)構(gòu)通過(guò)傳送帶完成上料。揉搓裝置為雙驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，一個(gè)驅(qū)動(dòng)通過(guò)主軸帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)驅(qū)動(dòng)通過(guò)支撐架帶動(dòng)揉搓帶圍繞滾筒做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，揉搓帶被2 根揉搓軸張緊，圍繞著滾筒做公轉(zhuǎn)的同時(shí)又自轉(zhuǎn)。揉搓軸的自轉(zhuǎn)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪嚙合來(lái)實(shí)現(xiàn)，其齒輪嚙合關(guān)系如圖1-b 所示，齒輪1、2、2′及3 依次嚙合連接，齒輪1 與滾筒同軸固連，齒輪2 和2′同軸固連的同時(shí)又被安裝在支撐架上，齒輪3 與揉搓軸下軸同軸固連。壓軌固定在機(jī)架上，出料斗固定在機(jī)架上。蝦體表面較滑，因此接觸面采用食品級(jí)硅膠材料。該揉搓裝置的主要特點(diǎn)為，可實(shí)現(xiàn)逐只揉搓，不重不漏，揉搓壓力、距離及方向可調(diào)，且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單。

1.2 工作原理

揉搓裝置原理如圖1-b 所示，主要分為3 個(gè)階段，即上料、揉搓及出料。工作過(guò)程如下：（1）作業(yè)時(shí)，由喂料機(jī)構(gòu)將蝦送入上料區(qū)，落在揉搓帶和滾動(dòng)的夾角處，完成上料。（2）隨支撐架的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)入揉搓區(qū)。首先揉搓軸上軸進(jìn)入壓軌，壓軌對(duì)揉搓軸上軸產(chǎn)生擠壓力，擠壓力傳遞給揉搓帶，揉搓帶對(duì)蝦體產(chǎn)生擠壓。揉搓帶與滾筒發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦體的揉搓。在揉搓軸上軸到達(dá)到壓軌盡頭時(shí)完成揉搓工作。（3）到達(dá)出料區(qū)，此時(shí)失去壓軌的擠壓，揉搓帶也失去對(duì)蝦體的擠壓，進(jìn)而在重力和離心力的作用下脫離揉搓位，實(shí)現(xiàn)卸料，隨后落入出料斗完成整個(gè)揉搓工作。

通過(guò)調(diào)節(jié)兩揉搓軸之間張緊裝置的張緊距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)揉搓壓力的調(diào)控；揉搓帶與滾筒壁的相對(duì)公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)距離即是對(duì)蝦的揉搓距離，因此控制相對(duì)公轉(zhuǎn)距離即可調(diào)節(jié)揉搓距離；揉搓帶的公轉(zhuǎn)速度固定，當(dāng)滾筒的速度小于揉搓帶的公轉(zhuǎn)速度時(shí)蝦體被順時(shí)針揉搓，如圖2 所示，當(dāng)滾筒速度大于揉搓帶公轉(zhuǎn)速度時(shí)，蝦體逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，因此通過(guò)控制相對(duì)速度的大小可以實(shí)現(xiàn)揉搓方向的調(diào)節(jié)。通過(guò)這一系列的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦體揉搓壓力、距離、方向等參數(shù)的可調(diào)控。

圖2 揉搓運(yùn)動(dòng)示意圖Fig.2 Schematic diagram of kneading movement

在上料、揉搓及出料的整個(gè)過(guò)程中揉搓帶的自轉(zhuǎn)速度與滾筒壁的速度大小相同，方向相反，這是保證蝦體不脫揉的主要因素。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與參數(shù)確定

2.1 滾筒的設(shè)計(jì)及參數(shù)確定。

由預(yù)實(shí)驗(yàn)知，在揉搓速度超過(guò)0.55 m/s 時(shí)蝦體易與接觸面材料（食品級(jí)硅膠材料）發(fā)生滑動(dòng)，結(jié)合對(duì)蝦剝殼工段的速度［8］（0.10～0.30 m/s 之間），揉搓速度定為0.15 m/s。在預(yù)實(shí)驗(yàn)中揉搓蝦體滾動(dòng)距離為35 cm 時(shí)揉搓效果較好。

由工作原理知，揉搓裝置的運(yùn)動(dòng)形式為，揉搓帶的公轉(zhuǎn)速度Vd恒定，滾筒的速度Vg變化。

揉搓速度（即相對(duì)速度）ΔV=Vd-Vg=0.15 m/s，蝦體滾動(dòng)距離L相對(duì)= 35 cm，由速度關(guān)系有:

其中t為揉搓時(shí)間，s。

為上料區(qū)和出料區(qū)易于上下料考慮，給定壓軌的正壓弧度（揉搓區(qū)）為β=4π/9，如圖2-a 所示，由幾何關(guān)系：

其中R為滾筒半徑，L絕對(duì)為弧長(zhǎng)，

由速度關(guān)系又有：

整理上述方程得：

當(dāng)揉搓帶的公轉(zhuǎn)速度Vd過(guò)大時(shí)，會(huì)不易上料，參考對(duì)蝦其他加工工段的上料速度［17］定公轉(zhuǎn)速度Vd=0.3 m/s，通過(guò)上述Vd與R的數(shù)值關(guān)系，代入Vd計(jì)算得到R=0.501 m，給定滾筒半徑0.5 m。

2.2 傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)及參數(shù)確定

根據(jù)原理圖1-b 各齒輪傳動(dòng)關(guān)系，畫(huà)出齒輪的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖3-a，考慮到本傳動(dòng)輪系是自由度為2（雙驅(qū)動(dòng)）的差動(dòng)周轉(zhuǎn)輪系，采用轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法，將行星架H設(shè)為鎖定狀態(tài)，轉(zhuǎn)化為定軸輪系，如圖3-b 所示，這樣便可以應(yīng)用定軸輪系的計(jì)算方法。根據(jù)齒輪疲勞強(qiáng)度選取齒輪模數(shù)m=2.5 mm。傳動(dòng)比公式為：

根據(jù)各個(gè)齒輪的嚙合關(guān)系和工況要求，各個(gè)齒輪的半徑（分度圓半徑，下同）應(yīng)該滿足如下要求：

其中d為揉搓帶軸與滾筒的最近距離，該距離參考蝦體的直徑設(shè)d=12 mm。又由線速度和半徑的關(guān)系式V=ωR，由前文得知，滾筒和揉搓帶軸的線速度相等有：

其中R滾筒為滾筒半徑，為500 mm，R帶軸為揉搓帶軸的半徑，為8 mm。又由機(jī)構(gòu)連接關(guān)系知ω1=ω滾筒，ω3=ω帶自轉(zhuǎn)。

通過(guò)傳動(dòng)比關(guān)系，可知:

揉搓帶是被2 根揉搓軸支撐，設(shè)計(jì)2 個(gè)揉搓帶軸的軸心距為40 mm，為了防止揉搓軸上軸和揉搓軸下軸干涉的問(wèn)題，設(shè)置齒輪3 的分度圓半徑R3=15 mm，由d=mz可知z3=12 mm。

在齒輪的設(shè)計(jì)中齒輪2 與齒輪2′的半徑存在R2>R2′的關(guān)系，考慮到R2較小但是過(guò)小又會(huì)影響軸套的強(qiáng)度，因此應(yīng)該先考慮齒輪2 的半徑，設(shè)計(jì)齒輪2 的半徑R2=20 mm,易知z2=16。

帶入上述公式，得出z1z2'=12 000，設(shè)z1'=30,可得z2'=400。將數(shù)據(jù)回帶式驗(yàn)證成立，結(jié)果可信。因此得出各齒輪參數(shù)如下：

2.3 關(guān)鍵受力部件的有限元分析

2.3.1 揉搓部件的受力分析 為優(yōu)化揉搓部件的受力參數(shù)，應(yīng)基于蝦體的受力要求對(duì)揉搓部件進(jìn)行受力分析。做受力圖如圖4 所示。揉搓帶理想的下壓狀態(tài)為揉搓帶在蝦體擠壓下到達(dá)兩揉搓軸連線中點(diǎn)N，ΔMNO2為∠Q2為直角的三角形，MO2為r，θ為∠O2NM。對(duì)N 點(diǎn)進(jìn)行受力分析有如下關(guān)系：

圖4 揉搓部件截面受力圖Fig.4 Force diagram of the rolled part

由預(yù)實(shí)驗(yàn)知每只蝦受力約為12 N，而FN為x只蝦的壓力，即FN=12x，F(xiàn)帶為揉搓帶的拉力。

其中MN 為揉搓帶揉搓面長(zhǎng)度一半20 mm，r為揉搓軸的半徑8 mm，計(jì)算得sinθ=0.37, cosθ=0.93。

對(duì)O2進(jìn)行受力分析有：

聯(lián)立上述方程可得：F支=31x。

揉搓軸徑向受力如圖5，其主要受揉搓帶的拉力F帶，支撐簧的支撐力F簧。其中l(wèi)為總長(zhǎng)，c為揉搓帶寬，a為F簧到軸端的距離0.05 m，b為F簧到F帶的距離0.07 m。根據(jù)上述分析可知F支=2F簧=F帶=31x。

實(shí)測(cè)蝦腹節(jié)約長(zhǎng)0.06 m，因此揉搓帶寬c=0.06x。由圖5 的幾何關(guān)系有：

圖5 揉搓軸受力示意圖Fig.5 Force diagram of kneading shaft

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：l=0.06x+0.24，將其代入公式（10）得：

由于l與揉搓效率有關(guān)，根據(jù)剝殼效率設(shè)置［8］，揉搓效率大于800 kg/h，所設(shè)計(jì)裝置揉搓帶為18 個(gè)，揉搓公轉(zhuǎn)速度V為0.3 m/s，因此有：

其中m為去頭蝦重量0.006 kg，r為滾筒半徑0.5 m，代入關(guān)系式得出80.72 m。設(shè)計(jì)l為1.0 m，F(xiàn)帶=392 N，F(xiàn)簧=196 N。

2.3.2 揉搓軸有限元分析

（1）前處理

利用SolidWorks 根據(jù)上述數(shù)據(jù)軟件建立揉搓軸模型，并導(dǎo)入進(jìn)Workbench,利用該軟件進(jìn)行靜力學(xué)分析。在材料庫(kù)中設(shè)置材料屬性彈性模量為166.6 Gpa，泊松比為0.3，密度為7 850 kg/m3，屈服強(qiáng)度為236.8 MPa。劃分網(wǎng)格后得到節(jié)點(diǎn)數(shù)為5.437 9×104，有限單元體個(gè)數(shù)為2.574 6×104。

由上述受力分析結(jié)合圖5，在距離軸端頭5 ～7 cm 的軸面處添加F簧=196 N，在距離軸端頭大于12 cm 的軸面處添加反向力F帶=392 N。在揉搓軸的兩端添加軸承約束，由前文計(jì)算可知揉搓軸自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速約為19 rad/s，添加載荷如圖6 所示。

圖6 揉搓軸施加約束和載荷的有限元模型Fig.6 Finite element model of constraint and load applied to rolling shaft

2）分析結(jié)果

求解后得到等效應(yīng)力分布云圖如圖7 所示，從圖7 可知，揉搓軸的最大應(yīng)力值為181.08 Mpa，發(fā)生在揉搓軸的兩端支撐簧處，小于材料的屈服強(qiáng)度236.8 Mpa；形變?cè)茍D如圖8，其最大位移為1.58 mm，發(fā)生在揉搓軸的中間位置，因此在允許的變形范圍內(nèi)。一階振型圖見(jiàn)圖9，一階模態(tài)頻率為83.27 Hz，最大變形量為41.64 mm，發(fā)生在揉搓軸中間位置，揉搓軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為19 rad/s，由f=ω/2π 知揉搓軸的頻率為3.02 Hz，因此不會(huì)產(chǎn)生共振。

圖7 揉搓軸等效應(yīng)力分布云圖Fig.7 Cloud image of equivalent stress distribution of rolling axis

圖8 揉搓軸形變?cè)茍DFig.8 Shaft deformation nephogram

圖9 揉搓軸一階振型圖Fig.9 First order mode diagram of rolling shaft

2.3.3 支撐架的有限元分析 支撐架是各個(gè)揉搓帶、揉搓軸及齒輪的支撐和傳動(dòng)部件，其受力與變形直接影響對(duì)蝦揉搓性能的好壞，故需對(duì)其強(qiáng)度（應(yīng)力）、剛度（變形）和振動(dòng)穩(wěn)定性（振型）進(jìn)行分析。支撐架三維模型如圖10 所示，關(guān)鍵幾何參如表1 所示。

圖10 支撐架三維圖Fig.10 Support frame

表1 支撐架幾何參數(shù)Table 1 Geometric parameters of support frame

支撐架的厚度過(guò)大易造成材料浪費(fèi)、啟動(dòng)困難，過(guò)薄又影響強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性，因此對(duì)其厚度進(jìn)行優(yōu)化十分必要。

（1）模型的建立與前處理

利用SolidWorks 根據(jù)表1 數(shù)據(jù)建立支撐架模型其厚度分別設(shè)置為4、6、8 mm，再導(dǎo)入進(jìn)Workbench,利用該軟件進(jìn)行靜力學(xué)分析。在材料庫(kù)中設(shè)置材料屬性彈性模量為166.6 Gpa，泊松比為0.3，密度為7 850 kg/m3，屈服強(qiáng)度為236.8 Mpa。劃分網(wǎng)格數(shù)如表2 所示。

表2 網(wǎng)格劃分參數(shù)Table 2 Grid partitioning parameters

其主要受力為，對(duì)揉搓軸的支撐力、對(duì)齒輪的支撐力，和轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩。在SolidWorks 中添加各材料屬性后，可知每個(gè)揉搓帶、揉搓軸及張緊簧等組成的揉搓單元的壓力為23.5 N，齒輪對(duì)支撐架的壓力為12.88 N。為安全考慮在有限元分析中設(shè)置揉搓單元的壓力為35 N，齒輪的壓力為15 N。

由實(shí)際工況知支撐架帶動(dòng)揉搓帶做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，考慮到會(huì)有扭矩加載到支撐架上，因此在有限元分析中在圓心上添加50 N·m 的扭矩。通過(guò)計(jì)算可知支撐架的轉(zhuǎn)速為18 r/min。綜上所述添加載荷如圖11所示。

圖11 支撐架施加約束的有限元模型Fig.11 Finite element model of support frame with constraint

（2）分析結(jié)果

求解后得到各個(gè)厚度的支撐架應(yīng)力和形變量如表3 所示。支撐架厚度為6 mm 時(shí)的等效應(yīng)力云圖如圖11 所示，最大應(yīng)力值為67.73 Mpa，小于材料的屈服強(qiáng)度236.8 Mpa，發(fā)生在支撐架的軸心部位。位移云圖如圖12 所示。

圖12 支撐架等效應(yīng)力云圖Fig.12 Equivalent stress nephogram of support frame

其最大位移為2.75 mm，發(fā)生在支撐架的圓周邊緣上端，沿軸向方向（圖13）。由表3 數(shù)據(jù)可知在4、6、8 mm 的支撐架最大應(yīng)力均未超過(guò)材料屈服應(yīng)力236.8 Mpa，各厚變形量分別為7.65、2.75、1.12 mm，綜合分析后，選取6 mm 的厚度的支撐架。

表3 試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Test results

圖13 支撐架形變?cè)茍DFig.13 Deformation cloud image of support frame

對(duì)6 mm 厚的支撐架進(jìn)行模態(tài)分析，其一階振型圖如圖14，一階模態(tài)頻率為17.12 Hz，最大變形量為9.12 mm，發(fā)生在圓周邊緣。支撐架帶動(dòng)揉搓軸公轉(zhuǎn)速度為0.3 m/s，因此可知支撐架轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為0.6 rad/s，由f=ω/2π 知支撐架的頻率為0.095 Hz，因此不會(huì)產(chǎn)生共振。

圖14 支撐架一階振型圖Fig.14 The first mode diagram of the support frame

3 揉搓性能的試驗(yàn)驗(yàn)證

揉搓階段是通過(guò)揉搓帶和滾筒通過(guò)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦體的揉搓作業(yè)，如圖15。由前文知滾筒的直徑為1 m，而揉搓帶的兩帶軸間距只有0.04 m，兩者相差很大，滾筒弧面相較于揉搓帶近乎平面。因此制造試驗(yàn)裝置如圖16 所示，該裝置通過(guò)推動(dòng)手柄使摩擦輪與機(jī)架上的橡膠板摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)各齒輪的嚙合將動(dòng)力傳動(dòng)到揉搓帶，使揉搓帶發(fā)生與橡膠板相反的運(yùn)動(dòng)進(jìn)而完成揉搓工作，進(jìn)而驗(yàn)證該揉搓原理的可行性，并探究可能遇見(jiàn)的新問(wèn)題，為揉搓裝置的制造提供技術(shù)支持。

圖15 揉搓裝置關(guān)鍵部件圖Fig. 15 Core diagram of the kneading device

圖16 試驗(yàn)裝置16 Test prototype

3.1 試驗(yàn)材料準(zhǔn)備

主要儀器設(shè)備：蝦盛放容器，供氧機(jī)；計(jì)時(shí)器；冰塊；吸水紙巾；剪刀；試驗(yàn)裝置。

試驗(yàn)材料為采購(gòu)于河北景縣水產(chǎn)市場(chǎng)的為分級(jí)后的鮮活南美白對(duì)蝦。試驗(yàn)前將蝦放在新鮮海水中并有氧氣機(jī)進(jìn)行供氧，以保證其鮮活特性，根據(jù)水產(chǎn)品抽樣方法（SCT 3016—2004）選取對(duì)蝦，每組蝦20 只。

通過(guò)觀測(cè)揉搓成功率及剝殼效果，進(jìn)而驗(yàn)證所設(shè)計(jì)裝置的原理是否可行。為驗(yàn)證變換揉搓方向?qū)Ρ緳C(jī)性能的影響，設(shè)置2 組試驗(yàn)，即單向揉搓蝦體滾動(dòng)35 cm、正反雙向揉搓蝦體滾動(dòng)35 cm（正反雙向揉搓為正反向各揉搓蝦體滾動(dòng)17.5 cm）。觀測(cè)指標(biāo)揉搓成功率為：成功揉搓的只數(shù)比總?cè)啻曛粩?shù)。成功揉搓定義為在揉搓的過(guò)程中不發(fā)生脫揉，一次揉搓成功的情況；剝殼效果，其本質(zhì)為，判斷揉搓對(duì)剝殼的促進(jìn)效果，因此統(tǒng)計(jì)揉搓后對(duì)蝦的剝殼時(shí)間作為依據(jù)。本試驗(yàn)所有剝殼均為同一人完成，且經(jīng)過(guò)統(tǒng)一的剝殼手法培訓(xùn)［3,4］。每組20 只蝦，分別進(jìn)行3 次試驗(yàn)，并設(shè)置對(duì)照組。

試驗(yàn)步驟為：選取20 只對(duì)蝦放在冰水混合物中處理15 min（使蝦產(chǎn)生昏厥）、對(duì)完整對(duì)蝦進(jìn)行擦干后去頭、進(jìn)行揉搓試驗(yàn)、記錄揉搓過(guò)程中成功揉搓的個(gè)數(shù)，每組揉搓完成后由同一人進(jìn)行剝殼并計(jì)時(shí)。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如表4 所示，處理后對(duì)蝦效果圖如圖17 所示。

表4 試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results

圖17 處理后的對(duì)蝦Fig.17 Treated prawns

從揉搓成功率看，單向揉搓和正反雙向揉搓的成功率分別為93.3 %、91.6 %，揉搓成功率均較高，揉搓方向的變化會(huì)降低揉搓成功率，但影響較小，總體可以說(shuō)明所預(yù)期的揉搓運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)。從剝殼時(shí)間來(lái)看，單向揉搓的平均剝殼時(shí)間為8.20 min，正反雙向揉搓的平均剝殼時(shí)間為7.37 min，對(duì)照組剝殼時(shí)間為16.33 min。即單向揉搓較對(duì)照組節(jié)省了剝殼時(shí)間49.6 %，正反揉搓節(jié)省了54.7 %，正反雙向揉搓較單向揉搓節(jié)省了5.1 %。說(shuō)明通過(guò)帶式揉搓裝置處理后，蝦體具有良好的促剝效果，且總?cè)啻昃嚯x相同的情況下正反雙向揉搓促剝殼效果更佳。綜上所述，帶式揉搓預(yù)處理裝置具有良好的揉搓促剝性能，正反揉搓工藝合理。

4 結(jié)論

（1）設(shè)計(jì)了對(duì)蝦剝殼前帶式揉搓預(yù)處理裝置，并闡述了工作原理及各部件連接關(guān)系。該裝置具有揉搓距離、揉搓壓力、揉搓方向可調(diào)，可逐只揉搓等優(yōu)點(diǎn)。

（2）通過(guò)對(duì)揉搓運(yùn)動(dòng)的分析確定了滾筒的半徑為0.5 m。根據(jù)揉搓帶與滾筒的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，確定了傳動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)齒輪的傳動(dòng)比及齒輪齒數(shù)。通過(guò)對(duì)揉搓部件的受力分析確定了揉搓軸的受力。并通過(guò)ANSYS Workbench 軟件對(duì)關(guān)鍵受力部件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性分析，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)參數(shù)。

（3）通過(guò)試驗(yàn)對(duì)剝殼前帶式揉搓預(yù)處理裝置進(jìn)行性能試驗(yàn)，結(jié)果表明，揉搓成功率為91.6 %～93.3 %。正反雙向揉搓鮮活對(duì)蝦的平均剝殼時(shí)間為7.37 min，較對(duì)照組節(jié)省了剝殼時(shí)間54.7 %。說(shuō)明通過(guò)帶式揉搓裝置處理后，蝦體具有良好的促剝效果，且總?cè)啻昃嚯x相同的情況下正反雙向揉搓促剝殼效果更佳，所設(shè)計(jì)揉搓帶揉搓工藝合理?？蔀閷?duì)蝦剝殼預(yù)處理設(shè)備的研制提供理論依據(jù)。